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  二、易诱发:儿童的神经系统功能尚未发育完善,大脑皮质对皮质下的抑制尚不完善,对一些小刺激就容易出现非常强烈的反应,特别是对外界不良因素的影响十分敏感。
  三、对智能影响大:癫痫是一种慢性的大脑疾病,每一次发作大多都是因为大脑异常发电而引起,可以影响到儿童的智力的正常发展,症状更为严重的儿童,甚至可能有智力低下、学习困难、呆傻等症状出现。
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成像也称磁共振成像,是利用,通过外加梯度检测所发射出的,据此可以绘制成物体内部的结构图像,在物理、化学、医疗、石油化工、考古等方面获得了广泛的应用。将这种技术用于人体内部结构的成像,就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度的应用,大大加快了成像的速度,使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实,极大地推动了医学、和的迅速发展。作&&&&者,涂光忠&著ISBN6类&&&&别&&&&&页&&&&数133出版社出版时间装&&&&帧平装开&&&&本小16开丛&&&&书药学实验室技术系列
在的作用下,一些具有磁性的原子能够产生不同的能级,如果外加一个能量(即),且这个能量恰能等于相邻2个能级能量差,则原子吸收能量产生跃迁(即产生),从低能级跃迁到高能级,能级跃迁能量的数量级为射频磁场的范围。可以简单的说为研究物质对磁场能量的吸收情况。成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核成像技术。它是利用与脉冲使人体组织内进动的氢核(即H+)发生章动产生信号,经计算机处理而成像的。在进动中,吸收与原子核进动频率相同的脉冲,即外加交变的频率等于,原子核就发生吸收,去掉射频脉冲之后,又把所吸收的能量中的一部分以的形式发射出来,称为发射。吸收和共振发射的过程叫做“”。成像的“核”指的是氢,因为人体的约70%是由水组成的,MRI即依赖水中氢原子。当把物体放置在中,用适当的照射它,使之,然后分析它释放的,就可以得知构成这一物体的的位置和种类,据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。通过一个磁成像扫描人类大脑获得的一个的动画,由头顶开始,一直到基部。
核磁共振成像是随着电脑技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。医生考虑到患者对“核”的恐惧心理,故常将这门技术称为磁成像。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核(即H+)发生章动产生射频信号,经电脑处理而成像的。
在进动中,吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲,即外加交变磁场的频率等于,原子核就发生吸收,去掉射频脉冲之后,又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来,称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。氢核是人体成像的首选核种:人体各种组织含有大量的水和,所以氢核的核磁灵活度高,且氢核的磁旋比大,信号强,这是人们首选氢核作为人体成像元素的原因。NMR信号强度与样品中氢核密度有关,人体中各种组织间含水比例不同,即含氢核数的多少不同,则NMR信号强度有差异,利用这种差异作为特征量,把各种组织分开,这就是氢核密度的核磁图像。人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间氢核密度、T1、T2三个参数的差异,是MRI用于临床诊断最主要的物理基础。
当施加一脉冲信号时,氢核能态发生变化,过后,氢核返回初始能态,产生的便发射出来。振动的微小差别可以被精确地检测到,经过进一步的计算机处理,即可能获得反应组织化学结构组成的三维图像,从中我们可以获得包括组织中水分差异以及水分子运动的信息。这样,病理变化就能被记录下来。
人体2/3的重量为水分,如此高的比例正是磁成像技术能被广泛应用于医学诊断的基础。人体内器官和组织中的水分并不相同,很多疾病的病理过程会导致水分形态的变化,即可由磁图像反应出来。
MRI所获得的图像非常清晰精细,大大提高了医生的诊断效率,避免了剖胸或剖腹探查诊断的手术。由于MRI不使用对人体有害的X射线和易引起过敏反应的造影剂,因此对人体没有损害。MRI可对人体各部位多角度、多平面成像,其分辨,能更客观更具体地显示人体内的解剖组织及相邻关系,对病灶能更好地进行定位定性。对全身各系统疾病的诊断,尤其是早期的诊断有很大的价值。带正电并有运动,其自旋运动必将产生,称为核。研究表明,核μ与的S 成正比,即
式中γ 为比例系数,称为的。在外中,的空间取向是量子化的,它在外磁场方向上的投影值可表示为:
m为核量子数。依据核与的关系,核磁矩在外中的取向也是量子化的,它在磁场方向上的投影值为:
对于不同的核,m分别取整数或半整数。在外中,具有的具有相应的能量,其数值可表示为:
式中B为。可见,在外中的能量也是量子化的。由于和的相互作用,能量分裂成一系列分立的能级,相邻的两个能级之差ΔE = γhB。用频率适当的电磁辐射照射,如果电磁辐射能量hν恰好为两相邻核能级之差ΔE,则原子核就会吸收这个光子,发生的频率条件是:
式中ν为频率,ω为。对于确定的核,γ可被精确地测定。可见,通过测定时辐射场的频率ν,就能确定;反之,若已知磁感应强度,即可确定核的共振频率。现代临床高场(3.0T)MRI扫描器NMR实验装置
采用调节频率的方法来达到。由线圈向样品发射,调制振荡器的作用是使电磁波的频率在样品频率附近连续变化。当频率正好与频率吻合时,射频振荡器的输出就会出现一个吸收峰,这可以在示波器上显示出来,同时由频率计即刻读出这时的共振频率值。谱仪是专门用于观测核磁共振的仪器,主要由、探头和谱仪三大部分组成。的功用是产生一个恒定的;探头置于磁极之间,用于探测信号;谱仪是将共振信号放大处理并显示和记录下来。
MRI系统的组成
现代临床高场(3.0T)MRI扫描器
静磁场:又称主磁场。当前临床所用超导,有0.5到4.0T(),常见的为1.5T和3.0T;动物实验用的小型MRI则有4.7T、7.0T与9.4T等多种主磁场强度。另有匀磁线圈(shim coil)协助达到的高均匀度。
梯度场:用来产生并控制中的梯度,以实现NMR信号的空间编码。这个系统有三组线圈,产生x、y、z三个方向的梯度场,线圈组的叠加起来,可得到任意方向的梯度场。
(RF)发生器:产生短而强的射频场,以脉冲方式加到样品上,使样品中的氢核产生NMR现象。
(RF)接收器:接收NMR信号,放大后进入。
计算机图像重建系统
由接收器送来的信号经,把模拟信号转换成数学信号,根据与观察层面各体素的对应关系,经计算机处理,得出层面图像数据,再经,加到图像显示器上,按NMR的大小,用不同的灰度等级显示出欲观察层面的图像。
MRI的基本方法
1.选片梯度场Gz
2.相编码和频率编码
3.图像重建氢核是人体成像的首选核种:人体各种组织含有大量的水和,所以氢核的核磁共振灵活度高、信号强,这是人们首选氢核作为人体成像元素的原因。NMR信号强度与样品中氢核密度有关,人体中各种组织间含水比例不同,即含氢核数的多少不同,则NMR信号强度有差异,利用这种差异作为特征量,把各种组织分开,这就是氢核密度的核磁共振图像。人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间氢核密度、T1、T2三个参数的差异,是MRI用于临床诊断最主要的物理基础。
当施加一射频脉冲信号时,氢核能态发生变化,过后,氢核返回初始能态,共振产生的电磁波便发射出来。原子核振动的微小差别可以被精确地检测到,经过进一步的计算机处理,即可能获得反应组织化学结构组成的三维图像,从中我们可以获得包括组织中水分差异以及水分子运动的信息。这样,病理变化就能被记录下来。
人体2/3的重量为水分,如此高的比例正是磁共振成像技术能被广泛应用于医学诊断的基础。人体内器官和组织中的水分并不相同,很多疾病的病理过程会导致水分形态的变化,即可由磁共振图像反应出来。
MRI所获得的图像非常清晰精细,大大提高了医生的诊断效率,避免了剖胸或剖腹探查诊断的手术。由于MRI不使用对人体有害的X射线和易引起过敏反应的造影剂,因此对人体没有损害。MRI可对人体各部位多角度、多平面成像,其分辨,能更客观更具体地显示人体内的解剖组织及相邻关系,对病灶能更好地进行定位定性。对全身各系统疾病的诊断,尤其是早期的诊断有很大的价值。与1901年获得物理学奖的普通或1979年获得的计算机层析成像(computerized tomography?, )相比,磁成像的最大优点是它是目前少有的对人体没有任何伤害的安全、快速、准确的临床诊断方法。如今全球每年至少有6000万病例利用成像技术进行检查。具体说来有以下几点:
1.对有极好的分辨力。对、、、、、、等部位的检查优于CT;
2.各种参数都可以用来成像,多个成像参数能提供丰富的诊断信息,这使得医疗诊断和对人体内代谢和功能的研究方便、有效。例如和肝硬化的T1值变大,而肝癌的T1值更大,作T1加权图像,可区别肝部良性与恶性肿瘤;
3.通过调节可所需剖面。能得到其它成像技术所不能接近或难以接近部位的图像。对于椎间盘和脊髓,可作矢状面、冠状面、横断面成像,可以看到根、和神经节等。不像CT只能获取与人体长轴垂直的横断面;
4.对人体没有损伤;
5.原则上所有不为零的核元素都可以用以成像,例如(H)、(C)、(N和N)、(P)等。1.和CT一样,MRI也是解剖性影像诊断,很多病变单凭检查仍难以确诊,不像内窥镜可同时获得影像和病理两方面的诊断;
2.对肺部的检查不优于X射线或CT检查,对、、、的检查不比B超优越,但费用要高昂得多;
3.对的病变不如内窥镜检查;
4.扫描时间长,空间分辨力不够理想;
5.由于强的原因,MRI对诸如体内有磁金属或起搏器的特殊病人却不能适用。MRI系统可能对人体造成伤害的因素主要包括以下方面:
在有铁磁性物质存在的情况下,不论是埋植在患者体内还是在范围内,都可能是危险因素;
随时间变化的梯度场
可在受试者体内诱导产生电场而兴奋神经或肌肉。外周神经兴奋是梯度场安全的上限指标。在足够强度下,可以产生外周神经兴奋(如刺痛或叩击感),甚至引起心脏兴奋或心室振颤;
射频场致热效应
在MRI聚焦或测量过程中所用到的大角度场发射,其电磁能量在患者组织内转化成热能,使组织温度升高。RF的致热效应需要进一步探讨,临床扫描仪对于能量有所谓“特定吸收率”(specific absorption rate, SAR)的限制;
MRI运行过程中产生的各种噪声,可能使某些患者的听力受到损伤;
造影剂的毒副作用:目前使用的造影剂主要为含钆的化合物,副作用发生率在2%-4%。MRI在化学领域的应用没有医学领域那么广泛,主要是因为技术上的难题及成像材料上的困难,目前主要应用于以下几个方面:
在高分子化学领域,如碳纤维增强环氧树脂的研究、固态反应的空间有向性研究、聚合物中溶剂扩散的研究、聚合物硫化及弹性体的均匀性研究等;
在金属陶瓷中,通过对多孔结构的研究来检测陶瓷制品中存在的砂眼;
在火箭燃料中,用于探测固体燃料中的缺陷以及填充物、增塑剂和推进剂的分布情况;
在石油化学方面,主要侧重于研究流体在岩石中的分布状态和流通性以及对油藏描述与强化采油机理的研究。分析技术是通过核磁共振谱线特征参数(如谱线宽度、谱线轮廓形状、谱线面积、谱线位置等)的测定来分析物质的分子结构与性质。它可以不破坏被测样品的内部结构,是一种完全无损的检测方法。同时,它具有非常高的分辨本领和精确度,而且可以用于测量的核也比较多,所有这些都优于其它测量方法。因此,在物理、化学、医疗、石油化工、考古等方面获得了广泛的应用。日,卡罗林斯卡医学院宣布,2003年授予美国化学家-{zh-tw:保罗·劳特伯;zh-cn:}-(Paul C. Lauterbur)和物理学家(Peter Mansfield),以表彰他们在医学诊断和研究领域内所使用的成像技术领域的突破性成就。
-{zh-tw:劳特伯;zh-cn:劳特}-的贡献是,在主内附加一个不均匀的磁场,把梯度引入磁场中,从而创造了一种可视的用其他技术手段却看不到的物质内部结构的二维结构图像。他描述了怎样把梯度磁体添加到主磁体中,然后能看到沉浸在重水中的装有普通水的试管的交叉截面。除此之外没有其他图像技术可以在普通水和重水之间区分图像。通过引进梯度,可以逐点改变频率,通过对发射出的电磁波的分析,可以确定其信号来源。
进一步发展了有关在稳定中使用附加的梯度磁场理论,推动了其实际应用。他发现磁信号的,为该方法从理论走向应用奠定了基础。这使得10年后磁成像成为临床诊断的一种现实可行的方法。他利用中的梯度更为精确地显示中的差异。他证明,如何有效而迅速地分析探测到的信号,并且把它们转化成图像。曼斯菲尔德还提出了极快速的梯度变化可以获得瞬间即逝的图像,即-{zh-tw:面回讯成像;zh-cn:平面回波扫描成像}-(echo-planar imaging, EPI)技术,成为20世纪90年代开始蓬勃兴起的成像(functional MRI, fMRI)研究的主要手段。
雷蒙德·达马蒂安的“用于癌组织检测的设备和方法”值得一提的是,2003年物理学奖获得者们在超导体和超流体理论上做出的开创性贡献,为获得2003年度生理学或医学奖的两位科学家开发提供了理论基础,为核磁共振成像技术铺平了道路。由于他们的理论工作,成像技术才取得了突破,使人体内部器官高清晰度的图像成为可能。
此外,在日的《》和《华盛顿邮报》上,同时出现了佛纳(Fonar)公司的一则整版广告:“雷蒙德·达马蒂安(Raymond Damadian),应当与彼得·曼斯菲尔德和保罗·劳特布尔分享2003年诺贝尔生理学或医学奖。没有他,就没有成像技术。”指责奖委员会“篡改历史”而引起广泛争议。事实上,对MRI的发明权归属问题已争论了许多年,而且争得颇为激烈。而在学界看来,达马蒂安更多是一个生意人,而不是科学家。人脑是如何思维的,一直是个谜。而且是科学家们关注的重要课题。而利用MRI的脑功能成像则有助于我们在活体和整体水平上研究人的思维。其中,关于盲童的手能否代替眼睛的研究,是一个很好的样本。正常人能见到蓝天碧水,然后在大脑里构成图像,形成意境,而从未见过世界的盲童,用手也能摸文字,文字告诉他大千世界,盲童是否也能“看”到呢?专家通过功能性MRI,扫描正常和盲童的大脑,发现盲童也会像正常人一样,在大脑的视皮质部有很好的激活区。由此可以初步得出结论,盲童通过教育,手是可以代替眼睛“看”到外面世界的。
快速扫描技术的研究与应用,将使经典MRI成像方法扫描病人的时间由几分钟、十几分钟缩短至几毫秒,使因器官运动对图像造成的影响忽略不计;MRI血流成像,利用流空效应使MRI图像上把血管的形态鲜明地呈现出来,使测量血管中血液的流向和流速成为可能;MRI波谱分析可利用高实现人体局部组织的波谱分析技术,从而增加帮助诊断的信息;脑功能成像,利用高磁场成像研究脑的功能及其发生机制是脑科学中最重要的课题。有理由相信,MRI将发展成为思维。
20世纪中叶至今,-{zh-cn:;zh-tw:资讯科技}-和生命科学是发展最活跃的两个领域,专家相信,作为这两者结合物的MRI技术,继续向微观和功能检查上发展,对揭示将发挥更大的作用。书 名: 成像
作 者:(美国)噜克
出版时间: 2007年06月
开本: 16开
定价: 248.00 元《成像(物理原理和脉冲序列设计)(精)》的主要写作动机是得到一部独立的、研究生和高年级本科生磁共振成像基础的教科书。尽管这不是一部完整的MRI研究论著,但是仍然可以作为这一领域的有相关工作经验的人的参考书。由于时间和篇幅的限制,《成像(物理原理和脉冲序列设计)(精)》不可能对进动交换、穿透、k-t空间、灌注和参数重建方法进行详细讨论,因而省略掉了这些重要课题。磁模拟、交互式MRI、远程学习等另外几个重要问题或许将来有可能作为网上扩展卷中的内容确定下来。我们相信这《成像(物理原理和脉冲序列设计)(精)》的内容对读者是有用的,许多技术细节可以参照其他核磁共振技术的专著,比如,Chen和Hoult关于磁共振线圈的专著、Callaghan关于扩散的微观成像的专著。
每一章都不同程度地包含了技术细节的讨论、家庭作业、序列概念和产生的图像。关键部分一般用斜体标记,内通常表示引入磁成像术语和格式化的说法。每一章结尾都有典型的参考文献,但是我们只引用综述性的、介绍性的和我们特别熟悉的文献。做一个完整的书目并不是这《成像(物理原理和脉冲序列设计)(精)》的目的。
《成像(物理原理和脉冲序列设计)(精)》的前15章本质上是介绍性的,或许可以作为一学期的课程。经过第一章简短的概述后,接着介绍核的基本动力学、成像概念,然后是各种重建方法、对比度和噪声。后面的11章介绍了成像应用;这可以在第二个学期中讲授,也可以把这些基本概念穿插到前面的内容中去,在一个学期把全书讲完(这是我们倾向性的意见)。后面的11章中,开始是简短介绍脉冲的设计和化学位移成像,然后详细讨论了快速成像、不均匀性的影响、运动、流动、扩散、脉冲序列设计和伪影。、梯度和主磁体线圈统一放在最后一章讨论。另外,在前面章节的适当位置,我们也讨论了线圈硬件的问题。附录中包括和统计学的一些知识,也列出了书中图像的成像参数。第一章 磁成像简介
第二章 中单核的经典响应
第三章 旋转坐标系和
第四章 磁化强度,弛豫和方程
第五章 进动和激发的量子力学基础
第六章 热平衡及纵向驰豫的量子力学基础
第七章 信号检测概念
第八章 信号采集方法导论:自由感应衰减、回波、反转恢复和谱
第九章 一维Fourier成像,k空间数据和梯度回波
第十章 多维Fourier成像和片层激发
第十一章 连续和离散Fourier变换
第十二章 采集和图像重建中的反迭
第十三章 Fourier变换图像重建的滤波和分辨率
第十四章 图像投影重建
第十五章 信号,对比度和噪声
第十六章 对脉冲的深入讨论
第十七章 水脂分离技术
第十八章 稳态快速成像
第十九章 K空间分区采集和回波平面成像
第二十章 不均匀性的影响和T2散相
第二十一章 随机漫游,弛豫和扩散
第二十二章 磁成像密度、T1和T2的测量方法
第二十三章 运动伪影和流动补偿
第二十四章 磁血管成像和血流测量
第二十五章 组织的磁特性:理论和测量
第二十六章 序列设计,伪影和命名规则
第二十七章 磁成像线圈及磁体导论
附录A :简介
附录B 统计学
附录C 图像说明中的成像参数
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核磁共振成像原理
核磁共振成像(MRI)是利用收集磁共振现象所产生的信号而重建图像的成像技术,因此,也称自旋体层成像,核磁共振CT。MRI可以使CT显示不出来的病变显影,是医学影像领域中的又一重大发展。核磁共振是80年代初才应用于临床的影像诊断新技术。
核磁共振的副作用
&&&&& 核磁共振成像是利用电子计算机对人体断面进行图像分析诊断的检查方法,它不用X线,而是磁场,其基本原理是人体所含氢原子在强磁场下给予特定的高波后会发生共振现象,产生一种高波数的电磁波。核磁共振正是利用这个性质,采用电子计算机对磁场的变化收集处理并图形化。
  核磁共振成像可以显示脂肪、全身脏器、肌肉、快速流动的血液、骨骼和空气等。对脏器内部结构也能清楚显示。医生可以很好的识别病人体内的肿瘤、炎症、坏死病灶、异常物质沉着、功能阻碍、血液循环阻碍等病变。对于神经系统、胸部、腹部及四肢各种疾病的诊断提供了很大的帮助。
  由于核磁共振是磁场成像,而不是X射线,没有放射性,所以对人体无害,是非常安全的。到目前为止,世界上还没有任何关于医院使用核磁共振机引起危害的报道,也未发现病人基因突变或染色体畸变的发生率有增高。
  当代科学技术的精华&核磁共振成像&是目前全球公认的安全、精确、无创性的疾病诊断手段。
核磁共振与CT的区别及优缺点
核磁共振与CT相比,它具有无放射线损害,无骨性伪影,能多方面,多参数成像,有高度的软组织分辨能力,不需使用对比剂即可显示血管结构等独特的优点。几乎适用于全身各系统的不同疾病,如肿瘤,炎症,创伤,退行性病变以及各种先天性疾病的检查。对颅脑,脊椎和脊髓病的显示优于CT。它可不用血管造影剂,即显示血管的结构,故对血管,肿块,淋巴结和血管结构之间的相互鉴别,有其独到之处。它还有高于CT数倍的软组织分辨能力,敏感地检出组织成份中水含量的变化,因而常比CT更有效和更早地发现病变。MRI能清楚,全面地显示心腔,心肌,心包及心内其它细小结构,是诊断各种心脏病以及心功能检查的可靠方法。
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